К качественной санации ветхих подземных трубопроводов

Для качественного и производительного проведения работ по санации подземных трубопроводов водоснабжения и водоотведения, находящихся в различных грунтовых условиях, имеется [1] несколько теоретически обоснованных и проверенных в той или иной степени на практике способов (рис. 1). Несомненный интерес на сегодня могут представлять закрытые способы реконструкции, особенно связанные с трубами из полиэтилена [2–6].

Использование таких способов позволяет практически всегда справляться с имеющимися [1] на трубопроводах повреждениями (рис. 2). Кроме того, бестраншейные технологии позволяют избежать затрат, связанных с раскопкой траншеи, ее засыпкой, уплотнением трамбовкой и т.п.; не требуется останавливать дорожное движение; практически ликвидируются затраты, связанные с изготовлением новых поверхностей (после засыпки открытой траншеи), временных дорог, объездов, а также другие, связанные с этим затраты.

Бестраншейную реконструкцию как напорных, так и самотечных ветхих трубопроводов полиэтиленовыми трубами следует производить с использованием как отечественных, так и зарубежных технологий (табл. 1). Ветхие трубопроводы, как правило, диаметром до 300 мм, сохранившие прямолинейность в плане и профиле, следует восстанавливать с использованием бестраншейной технологии, предполагающей использование механизмов, с помощью которых вначале проводится т.н. «калибровочное расширение» (старая труба не разрушается, а выправляются ее стенки) и только затем втягивается полиэтиленовая трубная плеть меньшего диаметра.

При этом вполне целесообразно использовать расширители, оснащенные роликовыми направляющими и имеющими размеры, строго соответствующие внутреннему диаметру старого трубопровода. В большинстве случаев наружный диаметр полиэтиленовых труб не совпадает с внутренним диаметром старого трубопровода. При необходимости межтрубное пространство заполняется бетонным раствором.

Для лучшего использования внутреннего диаметра реконструированного трубопровода (для недопущения зазора между наружными стенками полиэтиленового и внутренними стенками старого трубопроводов) используется бестраншейная технология, при которой полиэтиленовые трубы (с малыми значениями SDR) перед протягиванием осаживаются по наружному диаметру (рис. 3). Затем, после введения в полость старого трубопровода, наружный диаметр полиэтиленовых труб практически полностью восстанавливается в первоначальном размере.

Достигается это путем термомеханической обработки полиэтиленового трубопровода. Вначале производится прогрев полиэтиленового трубопровода паром под давлением, а затем, после размягчения его стенок и их возвращения в прежнее состояние (благодаря свойственной термопластам «термической памяти») производится их охлаждение. Технология, например, Swagelining позволяет реконструировать ветхие трубопроводы с использованием полиэтиленовых труб диаметром до 1000 мм и длиной до 1000 м.

Если по показателю гидравлической пропускной способности возможно использовать полиэтиленовые трубы с меньшим наружным диаметром, чем внутренний диаметр восстанавливаемого трубопровода, то реконструкцию следует проводить аналогичным способом. При этом вместо калибровки внутренних стенок трубопровода будет достаточна их соответствующая обработка — удаление отложений, выступов и др.

Проталкивание в полость старого трубопровода нового полиэтиленового (из трубных плетей с поверхности земли — рис. 4, отдельных труб из котлована или трубных модулей из смотровых колодцев) диаметром вплоть до 1400 мм допускается производить имеющимися механизмами (лебедками, строительными машинами, домкратами и т.п.), способными обеспечить необходимые усилия.

Ветхие трубопроводы, не сохранившие прямолинейность в плане и профиле, следует восстанавливать с использованием бестраншейной технологии, которая предусматривает вытягивание, на первом этапе, из грунтового массива старых труб и последующее их разрушение в приемном котловане, на втором этапе. И только после этого, на третьем этапе, производится замещение старого трубопровода полиэтиленовой трубной плетью диаметром не более диаметра заменяемого трубопровода.

Причем это все происходит одновременно (рис. 5). При необходимости реконструкции ветхого трубопровода, как правило, с увеличением диаметра следует использовать бестраншейную технологию, которая предусматривает протягивания по старому трубопроводу с помощью мощной лебедки (пневмоударных машин ПУМ, машин с наборными штангами МНШ либо установками горизонтального направленного бурения ГНБ) расширителя-разрушителя (для разрушения ветхих трубопроводов из различного материала), оснащенного роликами и режущим ножом и тянущим за собой полиэтиленовую трубную плеть (полиэтиленовые трубные модули). Трос (штанги) при этом с одной стороны (в исходном колодце, исходном котловане) закрепляется за расширитель-разрушитель, проходит через старый трубопровод, опирается на ролик специальной рамы, предварительно размещенной в приемном смотровом колодце (коловане), и подходит к лебедке (располагается, как правило, на поверхности земли).

Штанги подсоединяются к МНШ либо к установке ГНБ. В исходном смотровом колодце (котловане) устанавливается расширитель-разрушитель и полиэтиленовые трубные модули (полиэтиленовые трубные плети), которые затем втягиваются в старый трубопровод. Резание, как правило, производится по низу ветхого трубопровода, что позволяет исключить попадание грунта в расширяемую полость, одновременно с этим с помощью конуса разрушенная стенка трубы расширяется, осколки вдавливаются в окружающий грунт и образуется как бы защитный кожух для нового трубопровода.

Для разрушения стальных труб используется нож с тремя режущими роликами. С использованием этой бестраншейной технологии восстановительные работы можно проводить последовательно на смежных участках из одного приемного котлована — закончив восстанавливать один трубопроводный участок, можно сразу приступить к восстановлению трубопровода на смежном участке, развернув установку на 180°.

Имеются универсальные установки, которые можно использовать как в приемном котловане, так и в смотровом колодце. Например, установка немецкой фирмы Tracto-Technik Grundoburst 400S для этого оснащается телескопической опорной рамой, к которой можно прикладывать усилие 400 кН (тяжение) и 275 кН (проталкивание) для получения скорости разрушения около 2,8 м/мин. Ее размеры — 600 × 490 × 340 мм.

Диаметры: ветхих трубопроводов — от 80 до 250 мм, протягиваемых полиэтиленовых труб — до 280 мм. Установка укомплектована штангами (диаметр 54 мм, длина 560 мм и масса 5,5 кг), которые укладываются в ящик по 72 шт. В зависимости от диаметров восстанавливаемых трубопроводов следует использовать установки строго определенной мощности. Например, агрегаты немецкой фирмы Tracto-Technik производятся с тяговым усилием от 40 до 250 т.

Их рекомендуется применять с трубами диаметром: от 80 до 280 мм — Grundoburst 400G, от 100 до 450 мм — Grundoburst 800G, до 600 мм — Grundoburst 1250G и до 1000 мм — Grundoburst 2500. При реконструкции ветхих, но еще достаточно прочных (с отверстиями и сквозными прорезями в стенках либо с водопроницаемыми стыками) трубопроводов следует использовать бестраншейную технологию (например, Subline), которая предполагает введение с использованием простого толкателя с гидроприводом при температуре окружающего воздуха в старый трубопровод с предварительно измененным поперечным сечением тонкостенной полиэтиленовой трубы-оболочки.

Изменение поперченного сечения кругло-цилиндрических стандартных полиэтиленовых труб производится непосредственно на строительной площадке сворачиванием в специальной формовочной машине (рис. 6) вхолодную. Сразу же после формовочной машины производится закрепление полученной формы с использованием временных удерживающих лент и проталкивание ПЭ-трубы в форме Subline в существующую трубу (прямо из машины Subline или другим способом в зависимости от условий на рабочей площадке).

После затягивания трубы Subline в старую трубу торцы трубы Subline герметизируются и производится подача воды под давлением для того, чтобы разорвать удерживающие ленты и произвести разворачивание ПЭ-трубы. Эта технология предполагает использование полиэтиленовых труб с большими значениями SDR (табл. 2). Для бестраншейной реконструкции достаточно прочных, но водопроницаемых трубопроводов можно использовать полиэтиленовые трубы-оболочки, сечение которых уменьшается на заводе (технологии Compact Pipe, Compact SlimLiner).

Такие трубы поставляются на барабанах и используются разматыванием с барабана в ветхий трубопровод (рис. 7). Трубная плеть для выполнения качественного и производительного протаскивания должна оснащаться оголовником, который может состоять либо из металлического наконечника, который прикручивается болтами к трубе, либо из полиэтиленовой заглушки с ушком для протягивания. Установленный между протаскиваемым концом и канатом лебедки вертлюг предотвращает перекручивание каната, обеспечивая, таким образом, увеличение его срока эксплуатации.

Для облегчения протяжки и предотвращения повреждения при протягивании под трубной плетью, лежащей на поверхности, размещаются ролики. Протяжка осуществляется при помощи лебедки со скоростью протягивания до 15 м/мин. На входе в существующий трубопровод устанавливаются направляющие. Для дальнейшего снижения усилия при протяжке рекомендуется применение смазки. Помощь может оказать даже смачивание обычной водой.

В тех случаях, когда диаметр ПЭ-трубы значительно меньше внутреннего диаметра существующего трубопровода, необходимо выполнить цементирование межтрубного пространства по всей длине либо на расстоянии 1–1,5 м от стенки колодца. Межтрубное пространство между старой и новой трубой обычно заполняется смесью на основе цемента. В тех случаях, когда межтрубное пространство является относительно небольшим, можно выполнять цементирование при помощи полиуретановой смеси на основе цемента.

Цементирование обычно выполняется для закрепления новой трубы в необходимом положении, например, для предотвращения продольного движения трубы, и для упрочнения конструкции. Цементный раствор может подаваться из верхней точки участка до нижней точки за счет существующего уклона трубопровода, или закачиваться из нижней точки вверх под давлением.

Во время цементирования тяжелый раствор выталкивает трубу вверх, вызывая линейную нагрузку по всей длине сверху; в данном случае полезными может оказаться использование позиционеров, обеспечивающих концентрическое расположение новой трубы относительно старой. Для восстановления ветхих искривленных трубопроводов (табл. 3) целесообразно использовать полиэтиленовые трубы с измененным поперечным сечением в заводских условиях по технологии Compact Pipe (табл. 4), поставляемые на барабанах.

В технологии Compact Pipe круглая полиэтиленовая труба во время экструзии по всей длине складывается в С-образную форму. В Compact Pipe используются трубы, способные самостоятельно выдерживать все нагрузки (после восстановления существующая старая труба может быть удалена — это вполне может случиться со временем за счет, например, коррозионного разрушения стального трубопровода). При этом площадь поперченного сечения уменьшается примерно на 35 %.

Такая полиэтиленовая труба может легко вводиться в ветхий трубопровод даже через смотровой колодец (рис. 8). После протяжки поперечному сечению трубы Compact Pipe возвращают форму круга. Это происходит за счет размягчения стенок полиэтиленовой трубы при помощи пара, подаваемого в находящуюся в восстанавливаемом трубопроводе полиэтиленовую трубу. Сечение трубы возвращается в исходное положение благодаря эффекту «термической памяти» полиэтилена из размягченного состояния в твердое.

В дальнейшем давлением сжатого воздуха создают плотный контакт (плотное прилегание) полиэтиленовой трубы к внутренней стенке существующего трубопровода (рис. 9) и в таком виде охлаждают размягченный предварительным разогревом полиэтилен. Отклонения по внутреннему диаметру реконструируемого трубопровода могут находиться в пределах до 7 %.

За счет же плотного прилегания полиэтиленовой трубы Compact Pipe к стенкам старого трубопровода создается трубопроводная конструкция со свойствами и сроком эксплуатации, не уступающими вновь проложенному трубопроводу. Для восстановления канализационных трубопроводов способом Compact Pipe минимальный диаметр канализационных колодцев не должен быть меньше 1000 мм, причем отметим, что при использовании способа Compact Pipe диаметром 450 и 500 мм горловины колодцев должны сниматься.

При использовании системы Compact Pipe необходимо обеспечить, чтобы минимальное поперечное сечение существующей трубы было больше, чем сложенная Compact Pipe или головка для протаскивания. Зауженные места могут расширяться при помощи калибра или наконечника для разрушения труб. Для реализации технологии Compact Pipe имеются следующие компоненты: прицеп для барабана, лебедка, парогенераторная установка с панелью управления процессом, сепаратор конденсата, различные стандартные инструменты, оборудование и вспомогательные принадлежности.

При производстве работ полиэтиленовая труба Compact Pipe с барабана протягивается непосредственно в люк или колодец. Допускается также применение другого оборудования при условии недопущения повреждения трубы. При этом рекомендуется использовать лебедки с тяговым усилием около 10 т и автоматическим ограничением тягового усилия, не превышающего скорости протяжки 20 м/мин.

В технологии Compact Pipe (рис. 10) используется комплекс технологических процессов: разработка входного и выходного котлованов или подготовка существующих колодцев или камер; телевизионная инспекция; обработка внутренней полости (при необходимости) с целью удаления острых граней; протяжка трубы; оснащение концов полиэтиленового трубопровода заглушками; подача пара в полиэтиленовый трубопровод с целью размягчения полиэтилена; подача под давлением сжатого воздуха в полиэтиленовый трубопровод с целью обеспечения контакта между полиэтиленовым и старым трубопроводами и последующего охлаждения; оснащение концов полиэтиленового трубопровода элементами для соединения с задвижкой (другим участком трубопровода из традиционного материала) при помощи приваривания встык либо детали с ЗН; подключение восстановленного трубопровода к существующему трубопроводу.

Для бестраншейного восстановления напорных трубопроводов, которые являются механически прочными, но имеют незначительные повреждения (например, маленькие отверстия, утечку через соединения), бесспорно, наиболее экономичным из всех способов является метод Compact SlimLiner (рис. 11), в котором используются полиэтиленовые трубы-оболочки (табл. 5).

При изготовлении тонкостенная полиэтиленовая оболочка складывается так, что сечение принимает С-образную форму и оборачивается защитной пленкой. Благодаря уменьшенному диаметру, она легко и быстро может затягиваться в восстанавливаемый трубопровод. Во время протяжки пленка защищает трубу от царапин. В дальнейшем же при использовании «холодного» процесса (никакой разогрев не требуется) Compact SlimLiner расширяется под воздействием создаваемого внутри давления до тех пор, пока полиэтиленовая труба-оболочка плотно не прижмется к стенкам старых труб.

По данным фирмы «Вавин» (Wavin), метод Compact SlimLiner характеризуется высокой производительностью: одного рабочего дня порой бывает достаточно для полного восстановления одного трубопроводного участка, включая все подсоединения. Причем напорные трубопроводы, восстановленные при помощи Compact SlimLiner, могут эксплуатироваться не менее 100 лет. К тому же, общая стоимость восстановления трубопроводов методом Compact SlimLiner является незначительной (по сравнению с другими методами), т.к. не требуется использовать никакого дорогостоящего оборудования. Полиэтиленовые трубы-оболочки Compact SlimLiner (при SDR ≤ 51) могут перекрывать щели и отверстия в стенках ветхих напорных трубопроводов, которые после восстановления должны служить не менее пятидесяти лет, только строго определенного размера (рис. 12 и 13).

Данные графиков распространяются на все виды плотно прилегающих полиэтиленовых труб в тех случаях, когда их стенки не были чрезмерно деформированы. Если же стенки полиэтиленовых труб значительно деформированы (от 3 до 10 %), следует снижать значения допустимых давлений вдвое. Продолжение в следующем номере.